JP4291138B2 - 内燃エンジン用スパークプラグの点火パラメータを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジン用スパークプラグの点火パラメータを制御する方法およびその方法を用いている点火装置に関する。

エンジンのスパークプラグに印加する高電圧を生成するために点火コイルを用いることは、既に周知である。スパークプラグに印加される高電圧は、エンジンの燃焼室内に存在する空燃混合気の点火にエネルギーが使用される電弧をスパークプラグの電極に発生させる。

これらの点火コイルは、一般に、１次側と呼ばれる、原動機付き車両のバッテリなどの直流電源に接続された１次巻線と、２次側と呼ばれる、スパークプラグに接続され、かつ１次側に印加された電圧の作用によって、空燃混合気を点火させる電弧、すなわち火花をスパークプラグの電極に形成させるようにスパークプラグに印加される高電圧を発生させる２次巻線とからなる。

この点火は、エンジン用計算機と呼ばれる、通常はエンジンに設けられている計算機によってトリガタイムが定められており、したがって、電弧の質、すなわち主にその持続期間と、電流の大きさや電圧などの電気的なパラメータとに依存している。

エンジンで現在用いられている点火コイルは、２次側に印加される電圧と、電弧の持続期間および電流とに関して可能な限り効果的にスパークプラグに作用するようにそのパラメータを経験的に求めるために、多くの試験を経ている。

したがって、このコイルに関して理想的な動作点が得られるまで１次側の電圧が変更され、同時に２次側の電圧が変更される。

そのため、これらのコイルの１次側は１次側の電流によって急速に飽和するため、このような動作に伴う欠点は、コイルの最大性能まで容易に到達してしまう限りにおいて無視することはできない。

さらに、空燃混合気の点火の質の低下、あるいは点火の欠如にさえつながる困難な状況（混合気が希薄である，再循環ガスの割合が多い，...）では、どのパラメータ（電圧，電弧の持続期間または強さ，...）が関係している可能性があるかを判断することができないことから、すべての面で性能が最高のコイルを使用することにつながり、その結果、その原価が上昇している。

“Capacitor Discharge Ignition System（コンデンサ放電点火装置）”という標題で１９９２年７月に参照番号ＲＤ３３９７５として発行された論文には、１次側が電圧コンデンサにより給電され、２次側がスパークプラグに接続された点火コイルを有する点火装置が記載されている。

このコイルの１次側は、開相と閉相とが命令によって制御される断続器として機能する電界効果型トランジスタに直列にさらに接続されている。

したがって、命令によって断続器が閉位置に作動させられると、コンデンサは１次側で放電し、高電圧下でスパークプラグに給電するために２次側に電圧を発生させて、電弧、すなわち火花をスパークプラグの電極で発生させる。

短時間の１次側の給電期間の後、この断続器は命令によって短時間で開位置に作動させられ、それにより１次側の給電が中断され、１次側の電流が次第に減少する。その後、この断続器は、１次側の電流と２次側の電流がゼロになる前に閉じられる。断続器の開閉のこれらの命令は、強さが時間と共に弱くなる電弧を生成するために繰り返し実行される。

このような構成によって、この点火装置のパラメータ（スパークプラグの電極での電弧の持続期間，２次側に印加可能な電圧）を設定することができるのは、１種類の用途についてだけである。

これらのパラメータを別の種類のコイル用に変更したい場合は、断続器の開閉を行うために別の種類の命令を設定する必要や、この新しいコイルの１次側と２次側を変更する必要さえある。

さらに、通常の点火コイルの場合のように、基準値に対する偏差がある場合に、２次電圧、電弧の持続時間、または電弧の強さ等のこの点火の動作パラメータを調節して、それらの動作パラメータを変更することはできない。

本発明の目的は、点火コイルを置換し、かつスパークプラグの電弧に関連する全てのパラメータを簡単に制御できるようにする点火装置を提供することによって、前述の欠点を解消することにある。

したがって、提供される内燃エンジン用スパークプラグの点火パラメータを制御する方法は、エンジン制御計算機によって点火が制御され、点火エミュレータから発生する高電圧と電流とを受電する、内燃エンジン用のスパークプラグの点火パラメータを制御する方法であって、スパークプラグの電極に所望の電弧を生成させることができる電流および／または電圧の目標値が設定され、目標値がパラメータ化ユニットに記憶され、点火エミュレータから発生する電圧のパラメータと電流のパラメータの少なくとも一方が、エンジン制御計算機によって与えられる点火命令の後に規則的な間隔で測定され、パラメータが目標値と比較され、測定したパラメータと目標値との間に偏差がある場合に、パラメータが目標値に到達するように調節される、内燃エンジン用スパークプラグの点火パラメータを制御する方法において、電圧変換器によってチョッパに電圧が供給され、スパークプラグに印加される電圧を制御するために、エミュレータに含まれる電圧変換器および／またはチョッパの遮断手段の少なくとも１つが作用されることを特徴とする。

本方法は、スパークプラグに印加される電圧を増加させる制御を行うために、チョッパの少なくとも１つの遮断手段に作用することが可能であることが好ましい。

また、本方法は、スパークプラグに印加される電圧を低下させる制御を行うために、チョッパの少なくとも１つの遮断手段に作用することが可能である。

また、本方法は、スパークプラグが受電した高電圧を調節するために電圧変換器の遮断手段に作用することが可能である。

本発明はまた、燃焼室と組み合わされ、かつ上記の方法を実行する点火エミュレータによって高電圧を供給されるスパークプラグを有する内燃エンジン用の点火のエミュレーション装置において、点火エミュレータは、上流側の遮断手段および下流側の遮断手段と組み合わされたチョッパに電圧を供給する、遮断手段と組み合わされた電圧変換器を有しており、本装置は、点火エミュレータと組み合わされたパラメータ化ユニットおよび制御ボックスを有しており、パラメータ化ユニットには、スパークプラグの電極に所望の電弧を生成させることを可能にする電流および／または電圧の目標値が収容されており、制御ボックスは、エミュレータから発生する電圧のパラメータと電流のパラメータの少なくとも一方の測定されたパラメータを受け取り、パラメータを目標値と比較して、測定されたパラメータと目標値との間に偏差がある場合には、パラメータを電圧変換器の出力において電圧および／または電流値の目標値に到達させるように、遮断手段を制御することによってパラメータを調節することを特徴とする、内燃エンジン用の点火のエミュレーション装置に関する。

制御ボックスはエミュレータから発生する電圧信号および電流信号用の入力端子を有していてもよい。

有利なことに、制御ボックスはスパークプラグに印加される目標電圧値および／または目標電流値の少なくとも一方用の少なくとも１つの入力端子を有していてもよい。

ボックスはエミュレータに含まれる遮断手段の制御信号用の少なくとも１つの出力端子を有していてもよい。

本発明は、パラメータを調節可能にし、これにより、同一の装置を数種類の用途に合わせて設定することを可能にし、かつスパークプラグによって適切な電弧を発生させるのに必要なすべての情報を得ることを可能にする。

本発明のその他の特徴と利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられた以下の説明を読むことで明らかになるであろう。

図１は、バッテリ１２から供給される電圧を最大で６００Ｖ、ここでは好ましくは最大で４００Ｖの電圧に変換可能な電圧変換器１０と、スパークプラグの電極に電弧、すなわち火花を生成し、それによって内燃エンジンの燃焼室内に存在する空燃混合気を点火させることを可能にする高電圧をスパークプラグ１６に生成するチョッパ１４とを有している、特に原動機付き車両の内燃エンジン用の点火エミュレータＥを示している。

図１から明確に理解できるように、変換器１０は、チョッパ１４に所望の電圧が印加されるようになるまで出力の電圧を変更することを可能にする断続器Ｋ３を有している。

変換器１０の出力端子に入力端子が接続されているチョッパ１４は、１次側２０と２次側２２を備えた点火コイルに相当するトランス１８を有している。

１次側２０は、この１次側での電流の増加を制御することを可能にする上流側の断続器Ｋ１と、この１次側での電流の減少を制御することを可能にする上流側の断続器Ｋ２との２つの断続器を有している。

２次側２２は、通常は、導電体２４によってスパークプラグ１６に接続されている。

このエミュレータは、エミュレータＥからの測定入力信号と、パラメータ化ユニット３２からチャネル３４を介して送信されてくる目標値信号とを受信し、かつエミュレータＥの断続器Ｋ１および／またはＫ２および／またはＫ３および／またはＫ４を制御する出力信号を出力する制御ボックス３０（図２参照）に接続されている。

パラメータ化ユニット３２には、所望の電弧を所定期間にわたってスパークプラグに生成することを可能にする全ての理論上の目標値が記憶されている。

これらの値は、特に、チョッパ１４の出力端子での電圧（Ｕｃｉｂｌｅ＿ＨＴ）および電流強度（Ｉｃｉｂｌｅ＿ＨＴ）と、変換器１０の出力端子での電圧（Ｕｃｉｂｌｅ＿Ｂｏｏｓｔ）および電流強度（Ｉｃｉｂｌｅ＿Ｂｏｏｓｔ）である。したがって、これらの目標値によって、２次側の最大電圧（Ｕｓ ｍａｘ）、この最大電圧に到達する時の時点（Ｔｍａｘ ＵＳ）、およびスパークプラグの電極に電弧を所定期間（Ｔｓ）持続させるための電圧（Ｕａｒｃ）を定めることが可能である。

図３に示されているように、スパークプラグの電極に所望の電弧を生成するために２次側に印加される電圧Ｕ＝ｆ（ｔ）に関して、理論上の曲線がこれらの値に従って定められている。

この曲線によれば、点火がエンジン計算機によって命令された後、トランス１８の２次側２２には、１次側２０によって、最大でも最大電圧Ｕｓ ｍａｘである電圧が、実質的に直線状に、スパークプラグの電極に電弧が形成される所定の時間Ｔｍａｘ Ｕｓにわたって供給される。電弧の生成時、２次側の電圧は急激に低下して、電弧を持続させるためにある一定の時間間隔Ｔｓの間維持される所定の電圧値Ｕａｒｃに達する。この時間Ｔｓの最後には、２次側にはもはや電圧は供給されず、２次側の電圧は電弧を消滅させるゼロ値になる。

この理論上の２次側の給電曲線により、２次側２２、したがってスパークプラグの電極に適用される時間関数であり、電弧を効果的に発生させる電流強度の最大値Ｉｓを含んでいる、電流強度の理論上の波形Ｉ＝ｆ（ｔ）を得ることが可能になる。

この構成により、ユニット３２に、１０μｓから５００μｓの範囲の時間内に２次側の電圧を最大で５０ｋＶにし、スパークプラグの電極での電弧の持続時間を１０μｓ（マイクロ秒）から１０ｍｓ（ミリ秒）にし、かつ２次側に印加される電流強度を最大で１Ａにする性能を備えたあらゆるタイプのコイルをシミュレートすることを可能にする値を記憶させることができる。

選択された理論上の値は、バッテリ（Ｕ＿Ｂａｔｔ）、変換器の出力（Ｕ＿Ｂｏｏｓｔ）、およびチョッパの出力（Ｕ＿ＨＴ）に関する実際の電圧を測定する入力信号に加えて、変換器の断続器Ｋ３での実際の電流（Ｉ＿Ｂｏｏｓｔ）、チョッパの下流側の断続器Ｋ２での実際の電流（Ｉ＿Ｋ２）、およびチョッパの出力端子での実際の電流（Ｉ＿ＨＴ）の測定値に対応する入力信号も受信するボックス３０に、チャネル３４を介して送信される。

パラメータ化ユニット３２には、マルチスパーク点火の場合における電弧の数と２つの電弧間の時間等の他の値を記憶させることも可能である。

図４からわかるように、実際には、本発明による点火装置によって、上側の部分に示した、２次側で測定した時間関数としての電圧の曲線と、下側の部分に示した、２次側で読み取った時間関数としての電流強度の曲線を得ることができる。

この点火装置によって、電流強度の曲線が理論上の曲線に近い一般的な形状を有するように、電圧の曲線を図３の理論上の曲線に対応させるのに必要なすべてのパラメータを調節することができることが、これらの曲線からわかる。

このような結果は、以下の手順にしたがって得られる。
− ２次側２２で、したがってスパークプラグの電極で所望の波形を得ることを可能にする目標電圧値および／または目標電流値をパラメータ化ユニット３２に記憶させる。
− ボックス３０が、チャネル３２を介して、目標電圧値および／または目標電流値を受信する。
− 計算機から点火命令が発せられた後、エミュレータから送られてくる電圧のパラメータ（Ｕ＿ＨＴ，Ｕ＿Ｂｏｏｓｔ，...）および／または電流強度のパラメータ（Ｉ＿ＨＴ，Ｉ＿Ｂｏｏｓｔ，...）を測定する。
− 目標値を実際の電圧および／または実際の電流の測定値と比較する。
− 受信した信号と目標値との間に偏差がある場合、これらの目標値に到達するように、制御ボックス３０が、１つまたは２つ以上の断続器Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を制御するための出力信号を送信する。

点火パラメータを良好に制御することができるようにするには、電圧値および／または電流値が、エンジン計算機の点火制御が停止した直後、すなわち計算機から点火命令が発せられた後でかつスパークプラグの電極に電弧が形成される前に、１マイクロ秒ごとに測定されることが好ましい。

実際には、制御ボックスによって差が検出されると、制御ボックスは、チョッパ１４の入力端子での電圧を増加または減少させるように断続器Ｋ３を制御し、それが１次側２０の電圧の増加または減少につながり、その結果、２次側２２の高電圧の増加または減少につながる。

このボックスは、断続器Ｋ１およびＫ２を作動させる制御によって、断続器Ｋ１による１次側２０での電流の増加および／または断続器Ｋ２による電流の低下を制御することも可能であり、この制御には、スパークプラグ１６に印加される高電圧の増加および低下を制御する作用がある。

もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、断続器Ｋ１，Ｋ２またはＫ３またはＫ４を、個別に、または一緒に、または組み合わせて制御することができる。

したがって、この構成によって、２次側の電圧と電流を制御しながら、スパークプラグの電極の電弧のパラメータ、より詳しくは電弧のエネルギー、その持続時間、およびマルチスパーク点火の場合には所定の時間間隔中の電弧の数と２つの電弧の間の時間を絶えず管理することができる。

さらに、２次側２２の最大電圧とこの最大電圧に到達するのに必要な時間を管理することもできる。

本発明は、前述した例に限定されるものではなく、あらゆる変形例を含む。

エミュレータＥは、エンジンの対象としている燃焼室内で燃焼が発生したかどうかを判断し、これによりこの燃焼に対して点火パラメータが適切に設定されているかどうかを判断することを可能にするイオン化モジュール２６を特に有していてもよい。

さらに、エミュレータＥは、エンジンが一般的に備えている計算機に点火コイルの電流に似た電流を送ってこの計算機にいかなる欠陥も生じさせないように予防することを可能する、断続器Ｋ４によって変圧可能な電圧源２８を有していてもよく、この電流はチャネルＵ＿Ｃｄｅを介してボックス３０によって測定される。

もちろん、上述した本発明は、内燃エンジンのシミュレーションベンチにも適用可能である。

その場合、パラメータ化ユニットはＰＣコンピュータ型の計算機などの任意の手段に置き換えられ、それにより、２次側によって生成可能な種々の波形を備えた多数の点火装置を直接的にパラメータ化することが可能になる。

本発明の方法と装置に適用可能な点火エミュレータを示す概略図である。 図１の点火エミュレータの制御ボックスを示す概略図である。 点火装置のスパークプラグに印加される電圧と電流強度の理論上の曲線を示すグラフである。 点火装置のスパークプラグに印加される電圧と電流強度の実際の曲線を示すグラフである。

Claims (8)

1. エンジン制御計算機によって点火が制御され、点火エミュレータ（Ｅ）から発生する高電圧（Ｕ＿ＨＴ）と電流（Ｉ＿ＨＴ）とを受電する、内燃エンジン用のスパークプラグ（１６）の点火パラメータを制御する方法であって、
   前記スパークプラグの電極に所望の電弧を生成させることができる電流および／または電圧の目標値（Ｕｃｉｂｌｅ＿ＨＴ，Ｕｃｉｂｌｅ＿Ｂｏｏｓｔ，Ｉｃｉｂｌｅ＿ＨＴ，Ｉｃｉｂｌｅ＿Ｂｏｏｓｔ）が設定され、前記目標値がパラメータ化ユニット（３２）に記憶され、前記点火エミュレータから発生する電圧のパラメータ（Ｕ＿ＨＴ，Ｕ＿Ｂｏｏｓｔ，Ｕ＿Ｂａｔｔ）と電流のパラメータ（Ｉ＿ＨＴ，Ｉ＿Ｂｏｏｓｔ）の少なくとも一方が、前記エンジン制御計算機によって与えられる点火命令の後に規則的な間隔で測定され、前記パラメータが前記目標値と比較され、前記測定したパラメータと前記目標値との間に偏差がある場合に、前記パラメータが前記目標値に到達するように調節される、内燃エンジン用スパークプラグ（１６）の点火パラメータを制御する方法において、
   電圧変換器（１０）によってチョッパ（１４）に電圧が供給され、前記スパークプラグに印加される前記電圧（Ｕ＿ＨＴ）を制御するために、前記エミュレータ（Ｅ）に含まれる前記電圧変換器（１０）および／または前記チョッパの遮断手段（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の少なくとも１つが作用されることを特徴とする、内燃エンジン用スパークプラグの点火パラメータを制御する方法。
2. 前記方法は、前記スパークプラグに印加される前記電圧を増加させる制御を行うために、前記チョッパ（１４）の少なくとも１つの前記遮断手段（Ｋ１）に作用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、前記スパークプラグに印加される前記電圧を低下させる制御を行うために、前記チョッパ（１４）の少なくとも１つの前記遮断手段（Ｋ２）に作用することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記方法は、前記スパークプラグが受電した前記高電圧（Ｕ＿ＨＴ）を調節するために、前記電圧変換器（１０）の前記遮断手段（Ｋ３）に作用することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 燃焼室と組み合わされ、かつ請求項１から４のいずれか１項に記載の方法を実行する点火エミュレータ（Ｅ）によって高電圧を供給されるスパークプラグ（１６）を有する内燃エンジン用の点火のエミュレーション装置において、
   前記点火エミュレータ（Ｅ）は、上流側の遮断手段（Ｋ１）および下流側の遮断手段（Ｋ２）と組み合わされたチョッパ（１４）に電圧を供給する、遮断手段（Ｋ３）と組み合わされた電圧変換器（１０）を有しており、該装置は、前記点火エミュレータ（Ｅ）と組み合わされたパラメータ化ユニット（３２）および制御ボックス（３０）を有しており、前記パラメータ化ユニットには、前記スパークプラグの電極に所望の電弧を生成させることを可能にする電流および／または電圧の目標値（Ｕｃｉｂｌｅ＿ＨＴ，Ｕｃｉｂｌｅ＿Ｂｏｏｓｔ，Ｉｃｉｂｌｅ＿ＨＴ，Ｉｃｉｂｌｅ＿ｂｏｏｓｔ）が収容されており、前記制御ボックスは、前記エミュレータから発生する電圧のパラメータ（Ｕ＿ＨＴ，Ｕ＿Ｂｏｏｓｔ，Ｕ＿Ｂａｔｔ）と電流のパラメータ（Ｉ＿ＨＴ，Ｉ＿Ｂｏｏｓｔ）の少なくとも一方の測定されたパラメータを受け取り、前記パラメータを前記目標値と比較して、前記測定されたパラメータと前記目標値との間に偏差がある場合には、前記パラメータを前記電圧変換器（１０）の出力において電圧および／または電流値の前記目標値に到達させるように、前記遮断手段を制御することによって前記パラメータを調節することを特徴とする、内燃エンジン用の点火のエミュレーション装置。
6. 前記制御ボックス（３０）は前記エミュレータ（Ｅ）から発生する電圧信号および電流信号用の入力端子を有していることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記制御ボックス（３０）は前記スパークプラグに印加される目標電圧値および／または目標電流値の少なくとも一方用の少なくとも１つの入力端子（３４）を有していることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記ボックス（３０）は前記エミュレータ（Ｅ）に含まれる遮断手段（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４）の制御信号用の少なくとも１つの出力端子を有していることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の装置。

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